Schlüsselfaktoren der Klimavariabilität in Afrika

Prof. Dr. Heiko Paeth, Institut für Geographie, Universität Würzburg
Schlüsselfaktoren der Klimavariabilität
in Afrika – Anwendungsgebiet der
Regionalmodellierung
I.
Ausgangssituation in Afrika
II.
Klimamodellierung
DMG-Fortbildung
“Tropenmeteorologie“
Köln 05.11.2009
III. Einfluss der Ozeane
IV. Einfluss der Treibhausgase
V.
Einfluss der Aerosole
VI. Einfluss der Landnutzung
VII. Zusammenfassung
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
I Ausgangssituation in Afrika
Mittlerer Jahresniederschlag 1961-1990
Januar
Klimatisch:
- ausgeprägte Gradienten des Jahresniederschlages zwischen Tropen und Subtropen
- klar definierte Saisonalität des Niederschlages durch Monsunzirkulation
Heiko Paeth
Juli
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
I Ausgangssituation in Afrika
Hungersnöte
Klimawandel
Migration
Bürgerkrieg
?
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
I Ausgangssituation in Afrika
Auslöser der Saheldürre?
Sommermonsunniederschlag
Ozean ?
Treibhausgase ?
Landdegradation ?
Natürliche Variabilität ?
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
II Klimamodellierung
Sonnenaktivität
Klimaschwankungen /
Klimaänderungen
Menschliche Aktivitäten
?
?
?
Vulkanismus
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
II Klimamodellierung
Vorteil:
- eindeutiges Ergebnis
Nachteile:
- extrem teuer
- extrem langwierig
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
II Klimamodellierung
Vorteile:
- schnell
- teuer, aber bezahlbar
- Zukunftsprojektionen möglich
Nachteil:
- Unsicherheiten bei Vorhersagen
⇒ Wahrscheinlichkeitsaussagen
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
II Klimamodellierung
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
II Klimamodellierung
Strahlungsschema
mit CO2,
CH4 , NOx,
FCKW
Jahresgang
der solaren
Einstrahlung
Wolken
und
Niederschlag
⇐ Parameterisierungen
Druck, Temperatur,
Wind, Feuchte …
atmosphärischer
Antrieb aus
6-stündigen
globalen
Datensätzen
Jahresgang von
Vegetationsanteil
Waldanteil
Albedo
Bodenmodell
Heiko Paeth
r
∂p
∂T
∂q
∂v
= ...
= ... ;
= ... ;
= ... ;
∂t
∂t
∂t
∂t
Orographie
Meeresoberflächentemperaturen
atmosphärischer
Antrieb aus
6-stündigen
globalen
Datensätzen
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
II Klimamodellierung
¾ im konkreten Fall lässt sich auch eine Kette ineinander “genesteter“
Klimamodelle realisieren (hier: Westafrika):
¾ globale Skala
- ECHAM4, Reanalysen
- 300 km, 200 Jahre
¾ synoptische Skala
- REMO
- 50 km, 30 Jahre
¾ regionale Skala
- LM
- 7-28 km, 1 Jahr
¾ lokale Skala
- FOOT3DK
- 1-7 km, 1 Woche
jeder Modellebene liegt eine spezifische
raumzeitliche Betrachtungsweise zugrunde
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
III Einfluss der Ozeane
globales Atmosphärenmodell mit beobachteten SST ( = sea surface temperatures)
Korrelation: r=0,6
⇒ 36% erkl. Varianz
alle tropischen Ozeane
beteiligt
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
IV Einfluss der Treibhausgase
← 1000 ppm: Mesozoikum
250
Jahre
65 Mio.
Jahre
← 280 ppm: vorindustriell
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
IV Einfluss der Treibhausgase
IPCC-AR4 21 globale GCMs mit THG und Aerosolen
(2080-2099) minus (1980-1999)
überall Erwärmung
um 2.5 bis 4°C
innere Tropen
feuchter; Sahel und
Sahara trockener
große Modellunsicherheit
über trop. Afrika
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
V Einfluss der Aerosole
mg/m2
Maximum der anthropogenen
Aerosolemissionen
über Afrika und China
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
V Einfluss der Aerosole
Abkühlung
durch
Absorption
(thermisch)
Abkühlung
durch mehr
Wolken
(thermisch)
Heiko Paeth
weniger
Niederschlag
(hygrisch)
mehr
Starkregen
(hygrisch)
Erwärmung
durch verstärkten
THE an Eiswolken
(thermisch)
Erwärmung
durch Wolkenauflösung
(thermisch)
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
V Einfluss der Aerosole
Niederschlagsänderungen (heute minus vorindustriell)
Aerosole verursachen Dürretrend in Afrika
CLIM
G
A
GA
Heiko Paeth
:
:
:
:
Mittelwert
Treibhausgase
Aerosole
THG + Aerosole
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
Schäden durch
Viehfraß
fast baumlose Grassavanne
Heiko Paeth
unkontrollierte Besiedlung und
shifting cultivation
Desertifikation
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
Prozesse der Vegetationsdegradation:
- Bedeckungsgrad der Veg.
- Waldanteil
- Blattflächenindex
+ Oberflächenalbedo
- Rauhigkeitslänge
Prozesse der Bodendegradation:
- Infiltration
+ Oberflächenabfluss
+ Drainage im Boden
+ Welkepunkt
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
Treibhausgase
VI Einfluss der Landnutzung
REMO 0,5° , 1960-2050
Landdegradation
A1B
+
B1
- Bevölkerungswachstum
- Globalisierung
- shifting cultivation
- Urbanisierung
- Desertifikation
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
⇒ deutlich wärmeres
und trockeneres Klima
im subsaharischen Afrika
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
⇒ deutlich wärmeres
und trockeneres Klima
im subsaharischen Afrika
⇒ Landdegradation ist
maßgeblich verantwortlich für Niederschlagsrückgang
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
Heiko Paeth
Treibausgase
& Landnutzung
Aerosolanstieg
Treibhausgasanstieg
Bodendegradation
Vegetationsrückgang
Niederschlagsänderung an Guinea-Küste (mm/a)
VII Zusammenfassung
+100
0
-100
-200
-300
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VII Zusammenfassung
Î Regionale Klimamodelle sind ein wichtiges Instrument bei der Erfassung
des zukünftigen Klimawandels.
Î Zukünftige Landnutzungsänderungen sind ein zentraler Einflussfaktor für
den Klimawandel in Afrika.
Î Zukünftige Landnutzungsänderungen und Treibhausgaserhöhungen könnten im tropischen Afrika zu folgenden klimatischen Veränderungen führen:
- Abschwächung des hydrologischen Kreislaufes
- bodennahe Erwärmung
- Intensivierung des Hitzestresses
- Verlängerung der Monsun-Breaks
Î Die große Rolle der Landnutzung impliziert einen
Handlungsspielraum hinsichtlich Klimawandel und Klimaschutz.
nationalen
Î Unsicherheiten bestehen noch hinsichtlich der Rolle der Aerosole.
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
¾ exaktes Muster der Landnutzungsänderung kaum zu antizipieren, da
kleinräumig fragmentierter Prozess: stochastische Modellierung:
Abschätzungen
der UN / FAO
auf großräumiger
Ebene
Heiko Paeth
tropisches Afrika:
Bevölkerung: +2,7%
Wald: -32% bis 2050
stochastisches
Modell:
→ x = −32%
dynamisches
AtmosphäreBiosphäreModell
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
¾ beobachtete Hauptcharakteristika des afrikanischen
regionalen Klimamodell REMO gut reproduziert
Heiko Paeth
Klimas
vom
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
AEW dynamics
Dynamik der
African Easterly
Waves reproduziert
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de
VI Einfluss der Landnutzung
⇒ Verlängerung der
Monsununterbrechungen
⇒ Rückzug der natürlichen Grenzen
der Landwirtschaft
(ohne Bewässerung)
Heiko Paeth
heiko.paeth@uni-wuerzburg.de